郑甲1孙满章张传海杨志伟
（济钢集团总公司山东济南250101）
摘要：无功集中补偿节约电能、提高电压质量，但仅对进线和上一级电源补偿；无功分散补偿可在负荷末端对用电设备就地补偿，进相器可提高电动机本身的功率因数。集中与分散相结合的综合无功补偿方式，代表了无功补偿的方向。
关键词：无功补偿功率因数节能降耗
1无功补偿的意义
对供配电系统进行无功补偿可以提高系统的功率因数和供电质量，实现电网的经济运行和用户的节能降耗。
具体来讲，平衡的三相电力系统的功率，可用公式表示如下：
P=√3UICOSΦ在负荷功率P和电压U近似不变的情况下
电流I∝1/COSΦ而功率损耗?P∝I2=1/COS2Φ
所以在电源输出同样有功功率的情况下，功率因数越低，电流越大，功率损耗越大。通过定量计算，可以发现当功率因数从0.5提高到0.9，功率损耗下降近70，可见改善功率因数具有十分明显的节能降耗效果。
另外，由于P=SCOSΦS—视在功率
当视在功率不变时P∝COSΦ，即功率因数越高，一定电源提供的有功功率越大，电源设备的利用率越高.如功率因数提高0.2,一定电源提供的有功功率提高20，所以供电部门对电力用户的功率因数作出了具体规定，凡功率因数不合格的就要征收罚款，直至停止供电。
电网中无功补偿设备的合理配置，与电网的供电电压质量关系十分密切，合理安装补偿设备可以改善电压质量。
已知负荷(P JQ),线路电压损失ΔU简化计算如下：
ΔU≈I√(R2 X2)(1)
式中　U-线路额定电压，kV
　　　R-线路电阻，Ω
　　　X-线路电抗，Ω
安装补偿设备容量Qc后，电流I下降为I1，线路电压降为ΔU1，计算如下：
ΔU1≈I1√(R2 X2)(2)
很明显，ΔU1＜ΔU，即安装补偿电容后电压损失减小了。
另外，用电系统中存在着引起高次谐波电流的因素，如变频、整流设备，电弧炼钢等。高次谐波电流严重侵害供电系统，有时用电设备都不能正常工作，必须采用有效措施，如采用动态同步补偿器以吸收无功功率的剧烈波动，从而改善电压的波形。
2无功集中补偿
当前大型工业企业普遍采用在总进线变电站和部分车间二级变电站的馈线上安装电容无功补偿来实现电压无功的集中控制。这种集中补偿方式，解决了工业企业内部主干电网的功率损耗问题，满足了供电部门对用户提出的功率因数要求。但也存在一些问题，如无功补偿的调节是有级的；响应时间较慢不能满足诸如钢厂轧钢、电弧炉等冲击负荷的补偿。而且在一定的补偿容量下，用电设备满载运行时功率因数较低，而负荷大幅降低时，功率因数又往往超前。这时无功功率将向上一级电力系统倒流，从而引起线路电压升高，加大了电能损耗，这是系统绝不允许的，因此无功集中补偿往往需要加装自动控制装置。更重要的是：集中补偿方式仅对上一级线路补偿，对于下一级线路的经济运行无任何作用。
3无功分散补偿
输配电系统传输一定功率时，电压与电流的大小成反比。由于电能损耗同电流的平方成反比，低压线路的电能损耗最大。例如：电压由10KV通过变压器降到0.4KV，变比25倍，则0.4KV线路里的损耗约为10KV线路损耗的625倍。
无功分散补偿就是在异步电动机旁加装容量相匹配的电力电容器，使无功补偿更接近于负荷末端，从而把电能损耗降低到最低限度。由于线路电压损失减少，电动机端电压升高，也提高了电机的启动和过载能力。例，某钢厂一台6KV320KW异步电动机进行无功补偿后，功率因数由0.8提高到0.98，电动机端电压升高0.2KV，启动时间由13秒减少到9秒，定子电流下降了7.5A。
为防止出现因过补而产生的谐振过电压，烧毁电动机，应将电动机空载时的功率因数补偿到接近1。因为电动机空载时的无功负荷最大，补偿后满载的电动机功率因数仍为滞后，这样就避免过补偿现象的发生。
与异步电动机相匹配的电力电容器容量，可参考日本《电气计算》杂志所介绍的经验公式：
电力电容器容量（KVAR）=（1/2~1/4）异步电动机的额定容量（KW）。
4利用进相器对大、中型绕线式异步电动机无功就地补偿
前面介绍的集中或分散无功补偿，只是提高了线路的功率因数，并不改变用电设备的功率因数。近年来，采用在大、中型异步电动机的转子回路中串接进相器，对异步电动机本身的功率因数进行补偿。原理图如下：Z1

I
UZmZ2

Uf
图中，Z1为电动机定子等效电路的阻抗，Z2为电动机转子回路的阻抗，Zm为励磁阻抗，Uf为进相器的等效电路。
由于进相器在转子回路中加入了一个附加电势，改变了转子电流和转子电压的相位关系，通过磁场进而改变了定子电流和定子电压的相位关系，提高了功率因数，减少电机的无功损耗。在输出额定功率下，电机定子电流的减少降低了电机的铜损和温升，电机的效率和过载能力都得到提高。电网的功率因数因电机本身的功率因数提高而得到提高。例，江苏某建材公司一台YR100-810KV1000KW水泥磨电动机使用进相器补偿后，电机本身的功率因数由0.82提高到0.98，电流由63A下降到53A，仅电机自身每天就可节电2400KWH。
在钢铁、冶金、水泥、矿山等行业中大量使用球磨机、破碎机、轧钢机等用电设备，利用进相器对异步电动机进行无功就地补偿应用前景广阔，其缺点是设备造价较高，只适用于绕线式电动机。
5无功补偿技术的发展
配电系统中的无功补偿，既涉及到补偿的集中和分散方式，也涉及到供电部门和电力用户侧的相互配合和互动。无功补偿技术的发展主要集中在两个方面：集中与分散相结合的综合无功补偿，电力电子技术在无功补偿中的应用。
集中与分散相结合的综合无功补偿指在变电站的馈线母线上安装无功补偿实现集中控制，在大容量的异步电动机旁加装电力电容器实现无功就地补偿，这就带来了一个集中与分散补偿的配合问题。解决这个问题的途径，就是将电力电子技术引入配电系统的电压/无功控制，将分散的、固定的、或开关投切的电容补偿，与集中的动态连续无功补偿相结合。图示如下：
配电变电站10KV馈线二级站
110/10KV10/0.4KV&nbs[1][2][3]下一页